电液伺服速度系统的模糊增益调度控制

　　由于伺服阀的磁滞、油液的可压缩性等因素的影响,电液伺服系统呈现很强的非线性特性[1-2],因此,采用一般的常规PID(Proportion In2tegralDifferential)控制方法很难得到满意的控制性能,而模糊控制作为一种处理非线性系统的方法,在电液伺服系统中获得了广泛的应用[3].为提高控制精度,将模糊控制进行了很多改进[4-6],这使得控制器结构变得复杂,并使得控制系统实时性变差.

　　增益调度作为一种非线性控制方法,由于其简单适用也获得了广泛应用,但常规增益调度方法只是对不多的几个工作点的控制参数进行调度以改善性能,效果不是很好.将模糊控制和增益调度的思想相结合,提出模糊增益调度控制方法,即根据调度变量的变化,通过模糊推理在线实时调节控制参数,对于每一工作点都给出各自的控制对于某一工作点局部优化的问题,改善系统性能,提高系统的实时性.试验也验证了该方法对非线性系统和未能精确建模系统大范围控制的有效性.

　　1增益调度控制器结构

　　在系统运行时,根据调度变量通过调度控制器增益使系统在不同的区域运行不同的控制律,以处理系统的非线性问题,这就是增益调度.增益调度控制器结构如图1,它由上、下两层构成,上层属于事件驱动层,完成模态调度及参数调整,系统的运行工况改变后,通过该层予以识别,进行模态切换;下层属于误差驱动层,由选定的模态直接实现控制作用.图中,GP(s)、Y、R、u、F分别表示被控过程、输出值、设定值、操纵变量及扰动,Ci,ui(i=1,2,…,n)为各模态的控制律及其输出值.一般情况下,为使控制律的设计简单,各模态的控制律均可用PID形式.但实际中,对于复杂系统可实施PID控制、模糊控制、预估补偿控制等多种控制策略联合使用的控制方式.

　　2 模糊增益调度控制器原理及实现

　　根据系统的输出误差和误差的一阶微分变化,利用模糊推理在线实时更改控制器的参数以使其适应工作点的变化,这就是模糊增益调度.由于传统的PID控制器具有结构简单的特点,将二者结合在一起,就可构成模糊增益调度PID控制器.该种实现方法与插值方法相比,不需要在现场整定很多系数,同时也不需要查表和进行插值计算,提高了效率.

　　为了提高实时性和简化控制器结构,采用模糊增益调度(FGSPI,FuzzyGain Scheduling Propor2tion Integral)控制器,其输出及结构如图2,其中PI的表达式为

　　式中,e(t)=ωref(t)-ωo(t),并且比例系数KP(t)和积分系数KI(t)都是速度误差e(t)的函数,它们是利用模糊规则经模糊推理确定的.

　　假定KP、KI在各自给定的范围[K_Pmin,K_Pmax]和[K_Imin,K_Imax]内变动.为研究方便,将KP和KI进行归一化处理,使它们分别在0~1之间变化,即